Ουδετερόφιλα - πολυμορφοπύρηνα

Τα ουδετερόφιλα πολυμορφοπύρηνα αποτελούν τον μεγαλύτερο πληθυσμό των λευκών αιμοσφαιρίων στα θηλαστικά και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στον ανοσοποιητικό μηχανισμό του οργανισμού. Στο ευρύ κοινό είναι γνωστά είτε ως ουδετερόφιλα, είτε ως λεπτόκοκκα λευκοκύτταρα και διαχωρίζονται στα πολύλοβα και στα ραβδοπύρηνα, τα οποία είναι άωρες μορφές τους. Ανήκουν στα κοκκιώδη λευκοκύτταρα, όπως και τα βασεόφιλα και τα ηωσινόφιλα.

Η προέλευση της ονομασίας τους

Η ονομασία ουδετερόφιλα προκύπτει από τα χαρακτηριστικά τους κατά την χρώση αιματοξυλίνης-ηωσίνης που χρησιμοποιείται για ιστολογικές και κυτταρολoγικές διεργασίες. Σε αντίθεση με τα βασεόφιλα λευκά αιμοσφαίρια τα οποία βάφονται σκούρο μπλε και τα ηωσινόφιλα που χρωματίζονται έντονο πορτοκαλί προς κόκκινο, τα ουδετερόφιλα βάφονται ουδέτερο ροζ. Φυσιολογικά, τα ουδετερόφιλα πολυμορφοπύρηνα έχουν ένα πυρήνα, ο οποίος διαχωρίζεται σε 3-5 λοβούς.

Τα πολυμορφοπύρηνα σε επίχρισμα αίμαος με χρώση May Grunwald/Giemsa

Η δράση των ουδετερόφιλων

Τα ουδετερόφιλα βρίσκονται φυσιολογικά στο περιφερικό αίμα. Στα πρώτα (οξέα) στάδια της φλεγμονής, κυρίως ως αποτέλεσμα βακτηριακών μολύνσεων, περιβαλλοντικών παραγόντων και σε μερικά είδη καρκίνου, τα ουδετερόφιλα είναι η πρώτη απάντηση του οργανισμού και μεταναστεύουν προς το σημείο της φλεγμονής. Μεταναστεύουν μέσω των αιμοφόρων αγγείων και έπειτα μέσω των διάμεσων ιστών, ακολουθώντας χημικά σήματα όπως είναι η ιντερλευκίνη-8 (IL-8), το C5a, fMLP, και η λευκοτριώνη Β4, με μια διαδικασία που ονομάζεται αιμόταξη. Αποτελούν δε τα κυρίαρχα κύτταρα στο πύον και του προσδίδουν την λευκόχροη/κιτρινόχροη του όψη. Τα ουδετερόφιλα καταφθάνουν στην περιοχή του τραυματισμού μέσα σε λίγα λεπτά μετά από τραυματισμό και είναι το σήμα κατατεθέν της οξείας φλεγμονής.

Τα χαρακτηριστικά των ουδετερόφιλων

Τα ουδετερόφιλα πολυμορφοπύρηνα έχουν μέση διάμετρο 12-15 μm στα επιχρίσματα του περιφερικού αίματος. Κατά την ανάλυσή τους σε έναν αυτοματοποιημένο μετρητή κυττάρων έχουν μέση διάμετρο 8-9 μm.

Μαζί με τα ηωσινόφιλα και τα βασεόφιλα αποτελούν τα πολυμορφοπύρηνα κύτταρα, τα οποία ονομάστηκαν έτσι λόγω των σχημάτων των πολύλοβων πυρήνων τους (σε σύγκριση με τα λεμφοκύτταρα και τα μονοκύτταρα, των άλλων τύπων των λευκών αιμοσφαιρίων). Ο πυρήνας τους έχει χαρακτηριστικό σχήμα λοβών, όπου οι λοβοί συνδέονται μεταξύ τους μέσω χρωματίνης. Ο πυρηνίσκος εξαφανίζεται κατά την ωρίμανση του ουδετερόφιλου, γεγονός το οποίο συμβαίνει μόνο σε ελάχιστα άλλα είδη εμπύρηνων κυττάρων. Μέσα στο κυτταρόπλασμά τους το σύστημα Golgi είναι μικρό, τα μιτοχόνδρια και τα ριβοσώματα είναι αραιά και το αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο απουσιάζει. Στο κυτταρόπλασμα επίσης περιέχονται γύρω στα 2.000 κοκκία, εκ των οποίων το ένα τρίτο είναι αζουροφιλικά.

Εντοπίζεται μία μικρή διαφοροποίηση μεταξύ των ουδετερόφιλων ενός αρσενικού και ενός θηλυκού ατόμου. Ο πυρήνας των κυττάρων των ουδετερόφιλων ενός θηλυκού ατόμου παρουσιάζει μία μικρή επιπρόσθετη Χ χρωμοσωμική προσεκβολή, η οποία είναι γνωστή ως «ουδετεροφιλικό τύμπανο» (Neutrophil drumstick). Τα ουδετερόφιλα παρουσιάζουν πολλά πυρηνικά τμήματα σε περίπτωση έλλειψης της βιταμίνης B12 ή του φυλλικού οξέος (που τότε προκαλεί μεγαλοβλαστική αναιμία).

Αποτελούν τα πιο άφθονα σε πληθυσμό λευκά αιμοσφαίρια στον άνθρωπο (περίπου 10¹¹ παράγονται ημερησίως) και βρίσκονται σε ποσοστό 50-70% αυτών. Τα όρια των τιμών αναφοράς σε εξετάσεις αίματος ανθρώπων ποικίλει ανάλογα με το εργαστήριο, αλλά μία τιμή ουδετερόφιλων ανάμεσα στα 2,5–7,5 x 109/L θεωρείται φυσιολογική. Άνθρωποι που κατάγονται είτε από την Αφρική, είτε από την Μέση Ανατολή ενδέχεται να παρουσιάζουν χαμηλότερες τιμές, οι οποίες όμως παραμένουν φυσιολογικές.

Τα ουδετερόφιλα διαφοροποιούνται σε ραβδοπύρηνα και πολυμορφοπύρηνα. Όταν βρίσκονται στην κυκλοφορία του αίματος σε αδρανή μορφή, το σχήμα τους είναι σφαιρικό. Μόλις όμως ενεργοποιηθούν, το σχήμα τους μπορεί να μεταβληθεί και να γίνει πιο άμορφο ή να μοιάζει με αμοιβάδα, που μπορεί κιόλας να επεκταθεί με ψευδοπόδια καθώς «κυνηγά» τα αντιγόνα.

Η διάρκεια ζωής των ουδετερόφιλων

H μετανάστευση των ουδτερόφιλων από το περιφερικό αίμα στους ιστούς.

Η μέση διάρκεια ζωής ενός μη ενεργοποιημένου ανθρώπινου ουδετερόφιλου στην κυκλοφορία του αίματος είναι περίπου 5,4 μέρες. Μετά την ενεργοποίησή τους, τοποθετούνται δίπλα στο ενδοθήλιο των αιμοφόρων αγγείων υπόκεινται σελεκτινοεξαρτώμενη δέσμευση που ακολουθείται από πρόσφυση εξαρτώμενη από την ιντεργκρίνη. Μετά από αυτή την διαδικασία, μεταναστεύουν στους ιστούς όπου επιβιώνουν 1-2 μέρες. Τα ουδετερόφιλα είναι περισσότερα σε αριθμό από τα άλλα – που είναι και μακροβιότερα - φαγοκύτταρα, δηλαδή τα μονοκύτταρα/μακροφάγα. Ένα παθογόνος μικροοργανισμός είναι πολύ πιθανό να συναντήσει πρώτα τα ουδετερόφιλα. Ειδικοί υποθέτουν ότι η σύντομη διάρκεια ζωής των ουδετερόφιλων είναι μια εξελικτική προσαρμογή. Η μικρή διάρκεια ζωής τους ελαχιστοποιεί την διάδοση των παθογόνων που παρασιτούν φαγοκυτταρικά διότι όσο περισσότερο χρόνο παραμένει έξω από τον ξενιστή, τόσο πιο πιθανό είναι ότι θα καταστραφεί από κάποιο εκ των παραγόντων της άμυνας του οργανισμού. Επιπροσθέτως, επειδή τα αντιμικροβιακά προϊόντα των ουδετερόφιλων μπορούν να βλάψουν τους φιλοξενούντες ιστούς, η σύντομη διάρκεια ζωής τους περιορίζει την βλάβη που υπόκεινται. Τα ουδετερόφιλα, φαγοκυτταρώνουν με την βοήθεια των μακροφάγων, αφού γίνει η πέψη των παθογόνων Το PECAM-1 και η φωσφατιδυλσερίνη της επιφάνειας των κυττάρων αυτών βοηθούν στην διαδικασία αυτή.

Η αιμόταξη

Τα ουδετερόφιλα υπόκεινται μια διαδικασία που ονομάζεται αιμόταξη, η οποία τους επιτρέπει να μεταναστεύουν προς την περιοχή της μόλυνσης ή της φλεγμονής. Οι υποδοχείς της επιφάνειας των κυττάρων τους επιτρέπουν να εντοπίζουν τα χημικά συστατικά μορίων όπως η ιντερλευκίνη-8 (IL-8), η ιντερφερόνη-γ, το C5a και η λευκοτριόνη Β4, που μέσω αυτών σχεδιάζεται η πορεία της μετανάστευσης τους.

Τα ουδετερόφιλα έχουν μια πληθώρα δεκτών που περιλαμβάνουν δέκτες του συμπληρώματος, δέκτες κιτοκινών για τις ιντερλευκίνες και την ιντερφερόνη-γ, δέκτες αιμοκινών, δέκτες που ανιχνεύουν και επιτηρούν το επιθήλιο, δέκτες για λεπτίνες και πρωτεΐνες και δέκτες Fc για την οψίνη.

Η αντιμικροβιακή λειτουργία

Όντας πολύ ευκίνητα, τα ουδετερόφιλα συναθροίζονται γρήγορα στην εστία της μόλυνσης, προσελκυόμενα από τις κυτοκίνες που εκφράζονται από το ενεργοποιημένο ενδοθήλιο, τα μαστοκύτταρα και τα μακροφάγα. Τα ουδετερόφιλα εκφράζουν και απελευθερώνουν κιτοκίνες, που με την σειρά τους ενισχύουν τις φλεγμονώδεις αντιδράσεις διαφόρων άλλων τύπων κυττάρων. Εκτός από την πρόσληψη και την ενεργοποίηση άλλων κυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος, τα ουδετερόφιλα διαδραματίζουν βασικό ρόλο στην πρώτη γραμμή άμυνας κατά της εισβολής των παθογόνων παραγόντων. Τα ουδετερόφιλα, ακολουθούν 3 ειδών στρατηγικές για την κατά μέτωπο επίθεση: την φαγοκυττάρωση, την απελευθέρωση διαλυτών αντιμικροβιακών παραγόντων (συμπεριλαμβανόμενων και πρωτεϊνών των κοκκίων) και την παραγωγή ουδετερόφιλων εξωκυττάριων παγίδων.

Η φαγοκυττάρωση

Τα ουδετερόφιλα είναι φαγοκύτταρα, ικανά να «καταπιούν» μικροοργανισμούς ή τμήματά τους. Για την αναγνώριση των στόχων τους, θα πρέπει να επικαλύπτονται με οψώνια – μία διαδικασία που είναι γνωστή ως αντισωματικός οψωνισμός. Μπορούν να εσωτερικεύουν και να σκοτώνουν πολλά μικρόβια και κάθε φαγοκυτταρική διεργασία οδηγεί στο σχηματισμό ενός φαγοσώματος στο οποίο εκκρίνονται αντιδραστικά είδη οξυγόνου και υδρολυτικά ένζυμα. Η κατανάλωση του οξυγόνου κατά την παραγωγή των δραστικών μορφών οξυγόνου έχει ονομαστεί «αναπνευστική έκρηξη», αν και δεν σχετίζονται με την αναπνοή ή την παραγωγή ενέργειας.

Η αναπνευστική έκρηξη περιλαμβάνει την ενεργοποίηση του ενζύμου οξειδάση NADPH, το οποίο παράγει μεγάλες ποσότητες του σουπεροξειδίου, ένα αντιδραστικό είδος οξυγόνου. Το σουπεροξείδιο αντιδρά με ένα μόριο είτε μέσω κατάλυσης ενζύμων γνωστά ως SOD (superoxide dismutases -Cu/ZnSOD και MnSOD) δίνοντας δύο μόρια υπεροξειδίου του υδρογόνου, το οποίο στην συνέχεια μετατρέπεται σε υπερχλωρικό οξύ HClO από το πράσινο ένζυμο μυελοϋπεροξειδάση της αίμης.

Θεωρείται ότι οι βακτηριοκτόνες ιδιότητες του HClO είναι αρκετές για να σκοτώσουν τα βακτήρια που φαγοκυτταρώνονται από τα ουδετερόφιλα, αλλά αυτό μπορεί, αντίθετα να είναι ένα βήμα απαραίτητο για την ενεργοποίηση των πρωτεασών.

Οι σειρές ανάπτυξης των κυττάρων του αίματος

Η αποκοκκίωση

Τα ουδετερόφιλα, επίσης, απελευθερώνουν μια ποικιλία πρωτεϊνών τριών τύπων κοκκίων. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται αποκοκκίωση:

Τύποι κοκκίων	Πρωτεΐνες
Ειδικά κοκκία (δευτερεύοντα κοκκία)	Λακτοφερίνες και Cathelicidin
Αζουρόφιλα κοκκία (πρωτεύοντα κοκκία)	Μυελοϋπεροξιδάση, ΒΡΙ, Defensins, και serine proteases neutrophil elastase και cathepsin G υμινουρία
Τριτογενή κοκκία	Cathepsin και gelatinase

Εξωκυτταρικές παγίδες των ουδετεροφίλων (ΝΕΤs)

Το 2004, ο Brinkmann και οι συνεργάτες του περιέγραψαν μια εντυπωσιακή παρατήρηση, ότι η ενεργοποίηση των ουδετερόφιλων προκαλεί την απελευθέρωση δομών DNA που μοιάζουν με ιστούς. Αυτός είναι ο τρίτος μηχανισμός θανάτωσης βακτηρίων. Τα ΝΕΤs είναι ένα δίκτυο που αποτελείται από ίνες χρωματίνης και πρωτεάσες που παγιδεύουν και σκοτώνουν τα μικρόβια, εξωκυττάρια. Τα ΝΕΤs, παρέχουν υψηλή τοπική συγκέντρωση αντιμικροβιακών συστατικών που δεσμεύουν, αφοπλίζουν και σκοτώνουν τα μικρόβια ανεξάρτητα από την φαγοκυτταρική πρόσληψη. Εκτός από τις πιθανές αντιμικροβιακές ιδιότητές τους, τα NET, μπορεί να χρησιμεύσουν ως ένα φυσικό φράγμα που εμποδίζει την περαιτέρω εξάπλωση των παθογόνων παραγόντων. Η παγίδευση των βακτηρίων μπορεί να είναι ιδιαίτερα σημαντική στα ΝΕΤ του υπόκεινται σήψη, όπου τα ΝΕΤ σχηματίζονται στο εσωτερικό των αιμοφόρων αγγείων. Πρόσφατα, αποδείχτηκε ότι τα ΝΕΤ διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε φλεγμονώδεις νόσους, καθώς ΝΕΤ μπορεί να ανιχνευτούν σε προεκλαμψία, σε μια φλεγμονώδη διαταραχή μιας εγκυμοσύνης κατά την οποία είναι γνωστό ότι ενεργοποιούνται τα ουδετερόφιλα. Επιπλέον, τα ΝΕΤ είναι γνωστό ότι παρουσιάζουν προθρομβωτική δράση τόσο in vitro, όσο και in vivo.

Ο ρόλος των ουδετερόφιλων στη νόσο

Χαμηλές τιμές ουδετερόφιλων χαρακτηρίζονται ως ουδετεροπενία. Αυτή η κατάσταση μπορεί να οφείλεται σε γενετική διαταραχή ή και μπορεί να αναπτυχθεί αργότερα, όπως συμβαίνει στην περίπτωση της απλαστικής αναιμίας ή σε ορισμένα είδη λευχαιμίας. Μπορεί επίσης, να είναι παρενέργεια ενός φαρμάκου και η πιο γνωστή περίπτωση είναι η χημειοθεραπεία. Ουδετεροπενία, παρουσιάζει ένα άτομο όταν είναι ιδιαίτερα ευπαθές στις λοιμώξεις. Η ουδετεροπενία μπορεί να είναι το αποτέλεσμα του αποικισμού από ενδοκυτταρικά ουδετεροφιλικά παράσιτα. Στην έλλειψη της α1-αντιθρυψίνης, το σημαντικό ουδετεροφιλικό ένζυμο ελαστάση δεν αναστέλλεται επαρκώς από την α1-αντιθρυψίνη, γεγονός που οδηγεί σε εκτεταμένη βλάβη των ιστών παρουσία της φλεγμονής - η σημαντικότερη από τις οποίες είναι πνευμονικό εμφύσημα. Στον Οικογενή Μεσογειακό Πυρετό (Familial Mediterranean fever - FMF) μία μετάλλαξη στο pyrin ή αλλιώς γονίδιο marenostin, που εκφράζεται κυρίως στα ουδετερόφιλα πολυμορφοπύρηνα, οδηγεί σε μία μόνιμα ενεργή οξείας φάσης ανταπόκριση και προκαλεί εμπύρετες καταστάσεις, αρθραλγία, περιτονίτιδα και –τελικά- αμυλοείδωση.